JP2007288398A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数アンテナを統合した車両用のアンテナ装置において、装置の小型化と共に、ＥＴＣアンテナ及びＶＩＣＳアンテナの受信感度を向上する。
【解決手段】アンテナ装置１０は、ＧＰＳアンテナ素子４、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６と、ＧＰＳアンテナ素子４を実装する矩形の基板１と、基板１の隣接する２つの側辺の各々に沿って設けられた２つの傾斜板２、３とを備え、傾斜板３は、傾斜板２に対して基板１の回りに反時計方向に回転した位置に配設される。これら傾斜板２、３にＥＴＣ・ＶＩＣＳアンテナ素子４、５を実装し、各アンテナ素子４、５を基板１に接近して配設し、各アンテナ素子４、５と基板１による主放射波と副次放射波を形成する。これら２つの放射波の合成放射波の指向性を各到来電波方向に形成することにより、装置１０の小型化とそのＥＴＣ及びＶＩＣＳアンテナ特性における受信感度の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳアンテナ、ＶＩＣＳアンテナ及びＥＴＣアンテナの複数のアンテナを備えた車載用のアンテナ装置に関する。

自動車における各種電子情報サービスとして、走行する自動車に位置情報を提供するＧＰＳ（全地球測位システム）や、交通渋滞の情報を提供するＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）等がカーナビゲーションシステムとして広く利用されている。さらに、近年は、高速道路の通行料を車を走行しながら自動的に支払うことができるＥＴＣ（自動料金収受システム）が普及してきている。

ところで、これらのＧＰＳ、ＥＴＣ及びＶＩＣＳにおいては、各電波の放射方向、到来方向が相違するため、特にＧＰＳ・ＥＴＣアンテナでは、アンテナの推奨設置角度が存在し、ＧＰＳ用アンテナでは、ＧＰＳ電波が天空方向から到来するため、その推奨設置角度は水平面に対して０度（水平面上）となっている。また、ＥＴＣアンテナでは、ＥＴＣ料金所手前において、自動車と料金所間で送受信するため、その推奨設置角度は水平面に対して２３度となっている。ＶＩＣＳ用アンテナでは、到来電波は車の進行方向に対して左側（左側通行の場合）から到来するが、特に、推奨設置角度は設けられていない。

このように複数の車両アンテナの普及に対応して、各アンテナを一つにまとめて収容した複合アンテナ装置が要望されており、アンテナ基板上にＧＰＳアンテナとＥＴＣアンテナを並列に配置し、アンテナ素子パターンが形成される誘電体板の側面を接地板で包囲して、各素子間の干渉を回避するようにした複合アンテナ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また、他の従来例として、回路基板上に車両の進行方向に沿ってＥＴＣアンテナ、ＧＰＳアンテナ、ＶＩＣＳアンテナを順に配置した複合アンテナ装置が知られている（例えば特許文献２参照）。さらに、他の従来例として、ＥＴＣアンテナをＥＴＣ電波の方向に合わすために、ＧＰＳ用アンテナ、ＶＩＣＳアンテナを実装する回路基板とは別のサブアッセンブリとして実装した車両用複合アンテナ装置が知られている（例えば特許文献３参照）。

ところが、特許文献１に示されるような装置においては、誘電体板の側面を包囲する接地板を必要とするため構成が複雑化し、コストアップになると共に、接地板によりアンテナ素子への入射電波が制限されて、指向性が制限されることがあった。

また、特許文献２に示されるような装置においては、ＥＴＣアンテナやＶＩＣＳアンテナの所望の指向性を得るために、アンテナ素子を回路基板の中心部から外れた位置に実装して指向性を合わせるので、回路基板が大きくなりアンテナ装置全体が大型化する。また、複合する各アンテナ間のアイソレーションを良くするために電波吸収体を必要とするのでコストアップになる。

また、特許文献３に示されるような装置においては、ＥＴＣ電波の到来方向には指向性を合わせて送受信するが、車の進行方向に対して左側から到来してくるＶＩＣＳ電波に対しては、ＶＩＣＳアンテナの指向性を電波到来方向に向けていないため受信感度が低下することがあった。
特開２００４−１８７１４８号公報 特開２００４−３２８３３０号公報 特開２００４−５６７７３号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ＧＰＳアンテナ、ＥＴＣアンテナ及びＶＩＣＳアンテナを一体化して装置全体の小型化が図られ、かつＥＴＣアンテナ及びＶＩＣＳアンテナの受信感度の向上を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、互いに周波数特性が異なるＧＰＳアンテナ素子、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子を有する複数のアンテナ素子を備えた車両用のアンテナ装置において、前記ＧＰＳアンテナ素子を実装する矩形の平面基板と、前記平面基板の隣接する２つの側辺の各々に沿って、この平面基板に対して傾斜して設けられた２つの傾斜板と、を有し、前記２つの傾斜板上に前記ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子をそれぞれ実装し、前記３つのアンテナ素子の指向方向が互いに異なるように構成したものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記ＧＰＳアンテナ素子、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子は、誘電体素子に放射電極を設けたパッチアンテナ構造を有し、前記ＶＩＣＳアンテナ素子は、前記ＥＴＣアンテナ素子に対して前記平面基板の回りに反時計方向に回転した位置に配設され、前記各アンテナ素子の実装される前記平面基板及び傾斜板の表面に前記各アンテナ素子のグランド電極となる導電体を備え、前記各傾斜板の導電体と前記平面基板の導電体とを電気的に接続し、前記各アンテナ素子による対象周波数電波の送受信時に前記ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子とこれらのグランド電極に流れる電流により発生する主放射波と、前記電流に対応して前記平面基板の導電体に流れる電流により発生する副次放射波とが形成されると共に、前記主放射波と副次放射波との電磁波合成による合成放射波が形成されるように構成され、
前記ＥＴＣアンテナ素子及び前記ＶＩＣＳアンテナ素子を前記平面基板に近接して配設することにより、前記主放射波と前記合成放射波の各放射方向を前記平面基板の略中心を通る中心軸に対して互いに反対方向になるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載のアンテナ装置において、前記平面基板の前記傾斜板が装着された側辺の各々において該平面基板の裏面と直交する面に対して、それぞれ前記ＥＴＣアンテナ素子の傾斜板の傾斜角を８０°〜９０°とし、前記ＶＩＣＳアンテナ素子の傾斜板の傾斜角を７０°〜８０°としたものである。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置において、前記各アンテナ素子は正面視が略矩形の平面板形状であって、少なくとも前記ＧＰＳアンテナ素子は、このＧＰＳアンテナ素子の正面視の対角線が前記平面基板の車両進行方向に沿う側辺に対して略平行になるように配置されたものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記ＧＰＳアンテナ素子の周辺に導体壁を設けたものである。

請求項６の発明は、請求項５に記載のアンテナ装置において、前記ＧＰＳアンテナ素子の厚みと前記導体壁の高さを略同一としたものである。

請求項１の発明によれば、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子の指向方向がＥＴＣ及びＶＩＣＳの各到来電波方向を向くように配設されるので、各電波に対するアンテナの受信感度を向上することができる。

請求項２の発明によれば、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子を平面基板に接近させた状態で、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子の指向方向を電波受信方向に合わすことができるので、アンテナ装置を小型化することができる。

請求項３の発明によれば、傾斜板の傾斜角度範囲を最適に配設することができるので、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子の受信感度を上げることができる。

請求項４の発明によれば、平面視で矩形のＧＰＳアンテナ素子が同じく矩形のＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子に対して斜め方向に回転してずれるので、ＧＰＳアンテナ素子による電磁界とＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子の各電磁界との平行する成分が減って直交する成分が増加することにより、ＧＰＳアンテナ素子と、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子との電磁界間の結合が弱くなる。これにより、ＧＰＳアンテナ素子に対するＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子による影響を軽減することができるので、ＧＰＳアンテナ素子の特性劣化を抑えることができ、アンテナ利得を上げることができる。

請求項５の発明によれば、導体壁により反射された電波がアンテナ素子に入射されるためアンテナ受信感度を上げることができる。

請求項６の発明によれば、アンテナ素子に直接入射する電波を妨げず、導体壁により反射されてアンテナ素子に入射する電波量を増やすことができるので、アンテナ素子の受信感度を高めることができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置について図１乃至図４を参照して説明する。本実施形態のアンテナ装置１０は、図１に示すように、矩形の回路基板の平面基板１（以下、基板という）と、この基板１の隣接する２つの側辺の各々に沿って、この基板１に対して傾斜して設けられた２つの傾斜板２、３と、これら基板１と傾斜板２、３の各中心付近に実装されるＧＰＳアンテナ素子４、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６と、これら各アンテナ素子４、５、６からの送受信信号を処理する高周波回路部７１（後述の図３参照）を含んだシールドケース７を備えている。このシールドケース７上に基板１が装着される。

上記ＧＰＳアンテナ素子４、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６は、それぞれ略正方形の誘電体部４１、５１、６１に放射電極４２、５２、６２を設けたパッチアンテナ構造を有している。また、ＶＩＣＳアンテナ素子６は、ＥＴＣアンテナ素子５に対して基板１の回りに反時計方向に回転した位置に配設され、アンテナ装置１０を車両の進行方向Ａに向けたときに、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６は、ＥＴＣ及びＶＩＣＳの各電波の到来方向とは反対方向の基板１の側辺にそれぞれ配設される。また、ＧＰＳアンテナ素子４の実装された基板１は、グランド電極となる後述の導体部１２（導電体）を備え、傾斜板２、３は、導体（導電体）で形成されると共にＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６のグランド電極を兼ねており、各傾斜板２、３（導電体）と基板１の導体部１２とは電気的に接続されている。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１及び傾斜板２、３の正面視は矩形を成し、シールドケース７は矩形の筐体で形成される。傾斜板２、３は、それらの側辺の一端を折り曲げた導体壁２１、３１を備え、これら導体壁２１、３１は基板１と略直交してこの基板１に固定され、これにより傾斜板２、３が基板１に装着される。この導体壁２１、３１は、ＧＰＳアンテナ素子４の周辺における電磁的な壁となる。ＧＰＳアンテナ素子４は、天空に向けて基板１の略水平面上に実装されて、このＧＰＳアンテナ素子４の正面視の対角線が基板１の車両進行方向Ａに沿う側辺に対して略平行になるように配置され、ここでは、ＧＰＳアンテナ素子４が略正方形により基板１上で４５°回転されて配設される。この４５°回転されたＧＰＳアンテナ素子４の導体壁２１、３１に面する２つの角と、導体壁２１、３１との間隔ｔ１、ｔ２は、誘電体部４１の高さより短くなるように接近されている。

ＥＴＣアンテナ素子５は、車両進行方向Ａに直交する基板１の後方の側辺に沿って、基板１の裏面に垂直な面と傾斜角θ１の角度を成す傾斜板２に実装され、車両進行方向ＡからのＥＴＣ電波の到来方向とは基板１の中心を通る中心軸に対して反対側を向くように配置されている。また、ＶＩＣＳアンテナ素子６は、車両進行方向Ａに平行でかつ車両進行方向Ａの右側にある基板１の側辺に沿って、基板１の裏面に垂直な面と傾斜角θ２の角度を成す傾斜板３に実装され、ＶＩＣＳ電波の到来方向と基板１の中心を通る中心軸に対して反対側を向くように配置される。ここでは、この傾斜板２の傾斜角θ１は、８０°〜９０°の角度を成し、傾斜板３の傾斜角θ２は、７０°〜８０°の角度を成すように配設されている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１は、ガラスエポキシの誘電体基板１１の両面に銅箔の導体部１２、１３を設けた回路基板からなり、この基板１上に実装されるＧＰＳアンテナ素子４は、誘電体部４１上に設けられた放射電極４２における給電点４３に接続される給電線４４を有し、この給電線４４により放射信号を給電する。また、ＥＴＣアンテナ素子５は、誘電体部５１上に設けられた放射電極５２における給電点５３に接続される給電線５４を有し、この給電線５４から放射信号を給電する。同様に、ＶＩＣＳアンテナ素子６は、誘電体部６１上に設けられた放射電極６２における給電点６３に接続される給電線６４を有し、この給電線６４から放射信号を給電する。各アンテナ素子４、５、６から引き出された給電線４４、５４、６４は、それぞれシールドケース７内に入力されて放射信号を増幅する増幅器等からなる高周波回路部７１に接続される。シールドケース７は、このシールドケース７に内蔵されている高周波回路部７１から放射させる電波が不要電波として外部へ漏洩することを防ぐと共に、このシールドケース７の外部からの不要な電波の混入を防ぐため、導電性による電磁シールドを形成している。基板１とシールドケース７とのアース接続は、シールドケース７から延長される金属の爪を基板１の誘電体基板１１を貫通して基板１の両面の導体部１２、１３で半田付け等により行われる。また、傾斜板２、３の導体壁２１、３１は、基板１を貫通する爪部を有し、この爪部と基板１の導体部１２、１３とを半田付け等で固定して電気的に接続している。これにより、ＧＰＳアンテナ素子４のグランド電極となる基板１の導体部１２と、ＥＴＣアンテナ素子５とＶＩＣＳアンテナ素子６のグランド電極となる傾斜板２、３とは電気的に接続される。

上述の構成では、ＧＰＳアンテナ素子４、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６は、各誘電体部４１、５１、６１が放射電極４２、５２、６２とグランド電極である基板１の導体部１２及び傾斜板２、３によりそれぞれ挟まれた誘電体装荷型の円偏波パッチアンテナとなっている。これらの各アンテナ素子４、５、６の単体特性は、それらを別々に水平面上の回路基板に天空に向けて装着したとき、基本的には無指向性の放射特性を有している。

ここで用いる各アンテナ素子４、５、６のサイズは、各アンテナ素子４、５、６の受信する対象周波数が、それぞれれ１．５７ＧＨＺ、５．８ＧＨｚ、２．５ＧＨｚとの異なるので、これに伴い各誘電体部４１、５１、６１は、各誘電率が４５（ＧＰＳ用）、８（ＥＴＣ用）、３７（ＶＩＣＳ用）の誘電体材料を用いて、各一辺がｄ１＝１７ｍｍ、ｄ２＝１３ｍｍ、ｄ３＝１５ｍｍの正方形を成し、厚みは全て４ｍｍとしている。このＧＰＳ用アンテナ素子の実装される基板１のサイズは３３ｍｍ（車両進行方向の寸法）×３５ｍｍ（車幅方向の寸法）、ＥＴＣ用アンテナ素子及びＶＩＣＳ用アンテナ素子の実装される傾斜板２、３のサイズは、それぞれ２６ｍｍ（車幅方向の寸法）×１６ｍｍ（車両進行方向の寸法）、２６ｍｍ（車両進行方向の寸法）×１７ｍｍ（車幅方向の寸法）としている。導体壁２１、３１の高さｈｂ及びｈｃは、ＧＰＳアンテナ素子４の誘電体部４１の高さｈａと等しくし、全て４ｍｍとしている。また、導体壁２１、３１とＧＰＳアンテナ素子４との間隔ｔ１、ｔ２は１ｍｍ以下としてそれぞれを接近させている。

上記ＥＴＣ用アンテナ素子とＶＩＣＳ用アンテナ素子を傾斜板２、３に装着した場合の放射電波の放射方向について、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）、（ｂ）では、説明上、ＥＴＣアンテナ素子５又はＶＩＣＳ用アンテナ素子６のみを傾斜板２又は傾斜板３に実装し、ＧＰＳ用アンテナ素子４とＶＩＣＳ用アンテナ素子６又はＥＴＣアンテナ素子５を実装していない状態のそれぞれのアンテナ装置１０を示している。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、アンテナ装置１０では、ＥＴＣアンテナ素子４及びＶＩＣＳアンテナ素子５が各対象周波数電波の送受信時に、これらアンテナ素子５、６とこれらのグランド電極の傾斜板２、３に流れるアンテナ電流により発生する主放射波Ｄ１、Ｅ１と、このアンテナ電流に対応して基板１の導体部１２に流れる副次的なアンテナ電流により発生する副次放射波Ｄ２、Ｅ２とを形成する。これにより、アンテナ装置１０におけるＥＴＣアンテナ及びＶＩＣＳアンテナとしての放射電波は、これら主放射波Ｄ１、Ｅ１と副次放射波Ｄ２、Ｅ２との電磁波合成による合成放射波Ｄ３、Ｅ３により構成される。

また、主放射波Ｄ１、Ｅ１は、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６のそれぞれ放射電極４２、５２の各面に直交する方向にそれぞれ略無指向性で放射される。一方、副次放射波Ｄ２、Ｅ２は、導体部１２の各アンテナ素子５、６の装着されている各側辺と基板１の略中心を通る中心軸に対して反対側の側辺の基板１の高周波的に高インピーダンスとなるエッジ付近から放射される。これにより、上記副次放射波Ｄ２、Ｅ２の指向性は、主放射電波Ｅ１、Ｄ１の各指向性に対し、基板１の中心軸に対して反対方向における水平方向に傾斜して放射される電波が支配的となる。また、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６を基板１に近接して配設することにより、主放射波Ｄ１、Ｅ１に対する副次放射波Ｄ２、Ｅ２の結合を大きくできるので、合成放射波Ｄ３、Ｅ３の各放射方向を主放射波Ｄ１、Ｅ１と基板１の略中心を通る中心軸に対して互いに反対方向にすることができる。

また、図４（ａ）、（ｂ）に示した合成放射波Ｄ３、Ｅ３では、基板１にＧＰＳアンテナ素子４を装着すると、この天空方向を指向するＧＰＳアンテナ素子４との電磁的結合による再放射により、合成放射波Ｄ３、Ｅ３の指向性を基板１の中心軸に対してさらに反対方向に指向させることが可能である。このように、アンテナ装置１０は、ＥＴＣアンテナ素子４、ＶＩＣＳアンテナ素子５を基板１及びＧＰＳアンテナ素子４に接近させて、各到来電波方向への指向性を得ることができるので、受信感度を低下させずに複数のアンテナを一体化でき、装置１０全体を小型化することができる。

次に、ＧＰＳアンテナ素子４、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６によるＧＰＳ・ＥＴＣ・ＶＩＣＳアンテナの３つを統合したアンテナ装置１０におけるＥＴＣアンテナ特性及びＶＩＣＳアンテナ特性における受信電力特性について、図５、図６を参照して説明する。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、基板１のＥＴＣ電波到来方向の反対側の側面に設置された傾斜板２の基板１に対する傾斜角をθ１とし、θ１＝７０°、８５°、９０°と変化させた場合のＥＴＣアンテナ特性の受信電力比のデータを円グラフで示したものである。この円グラフにおいて、円周方向は、水平面に垂直で車両進行方向Ａに平行な面内の天空方向（Ｙ軸）を０°とし、天空方向から車両進行方向Ａ（Ｘ軸）への時計方向の角度をアンテナの放射角（φとする）として表し、放射線方向は、最外周円を基準電力（０ｄＢ）とし、これに対する受信電力比をＰ（ｄＢ）とし、最大受信電力比をＰｍａｘで表している。なお、この受信電力比は測定系のロスを含んだ値である。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の測定データにより、斜角θ１＝７０°では、φ＝２３°のとき、受信電力比Ｐ＝−６２．５ｄＢ、φ＝−６°のとき、最大受信電力比Ｐｍａｘ＝−５８．９４ｄｂであり、θ１＝８５では、φ＝２３°のとき、Ｐ＝−６０ｄＢ、φ＝３１°のとき、Ｐｍａｘ＝−５９．７３ｄｂである。また、θ１＝９０°では、φ＝２３°のとき、Ｐ＝−６０ｄＢ、φ＝−８°のとき、Ｐｍａｘ＝−５８．２８ｄｂである。これにより、φ＝２３°において、θ１が８５〜９０で受信電力レベルが同等で、θ１＝７０°においては受信電力比Ｐが２．５ｄＢ低下するが使用可能範囲である。従って、θ１が８５°に近い８０°では、θ１＝７０°時よりも受信電力レベルが上がるので、θ１＝８０〜９０°の範囲において受信電力比Ｐを大きくでき、受信感度を上げることができる。また、θ１＝８５ではＰｍａｘの角度が３１°となり、ＥＴＣ電波到来方向のφ＝２３°に比較的近い指向性が得られる。

このように、ＥＴＣアンテナ素子４を基板１に近づけてＧＰＳアンテナ素子に接近させた構成において、傾斜板２の傾斜角を８０°〜９０°の間の範囲に設けることにより、アンテナ装置１０におけるＥＴＣアンテナ特性の指向性をＥＴＣ電波到来方向を向けることができるので、アンテナ装置１０全体を小型化し、かつＥＴＣ方向の受信感度を高めることができる。なお、ここでの測定は、後述の傾斜板３の傾斜角θ２の値を７０°としている。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、基板１のＥＴＣ電波到来方向の反対側の側面に設置された傾斜板３の基板１に対する傾斜角θ２をθ２＝６０°、７０°、９０°と変化させたＶＩＣＳアンテナ特性の受信電力比Ｐを示したものである。ここで、θ２＝６０°では、φ＝１５°のとき、Ｐｍａｘ＝−４５．６３ｄｂ、θ２＝７０°では、φ＝−３４°のとき、Ｐｍａｘ＝−４５．６５ｄｂ、θ２＝９０°では、φ＝−３°のとき、Ｐｍａｘ＝−４６．３３ｄｂである。これにより、傾斜角θ２が６０°、７０°、９０°において、Ｐｍａｘの放射角φが１５°、−３４°、３°と指向性の向きが変化しているので、７０°と９０°の間のθ２＝８０°では、φはマイナス方向にあると考えられる。これにより、傾斜角θ２が７０°〜８０°の間であれば、Ｐｍａｘの放射角φをマイナス方向に持ってこれるので、車両進行方向の左から到来するＶＩＣＳ電波に指向性を合わすことができ、アンテナ装置１０のＶＩＣＳアンテナ特性における受信感度を上げることができる。なお、θ１＝９０°は、基板１との同一平面上に相当するので、ＥＴＣアンテナ素子５の単独の特性に近く、これによりＰｍａｘとして−４６．３３ｄｂ程度あれば実用上使用可能である。

このように、ＶＩＣＳアンテナ素子４を基板１に近づけてＧＰＳアンテナ素子に接近させた構成において、傾斜板２の傾斜角θ１を７０°〜８０°の間の範囲に設けることにより、アンテナ装置１０におけるＶＩＣＳアンテナ特性の指向性をＶＩＣＳ電波到来方向に向けることができるので、アンテナ装置１０全体を小型化し、かつＶＩＣＳ方向の受信感度を高めることができる。なお、ここでの測定は、前述の傾斜板２の傾斜角θ１の値を８５°としている。

次に、図７（ａ）、（ｂ）は、アンテナ装置１０において、ＧＰＳアンテナ素子４を基板１の平面上で４５°回転して、その正方形の対角線を車両進行方向に平行に向けた場合と回転しなかった場合とのＧＰＳアンテナ特性における受信電力比をそれぞれ示す。図７（ａ）、（ｂ）において、ＧＰＳ電波方向の天頂方向（φ＝０°）における受信電力は、ＧＰＳアンテナ素子４を４５°回転した場合は−４２．６ｄＢ、回転しなかった場合は−４４ｄＢとなり、回転した方が受信電力が増加する。これは、平面視で４５°回転によりＧＰＳアンテナ素子４の放射位置が、他の２つのＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６に対してずれるので、ＧＰＳアンテナ素子４による電磁界とＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６の各電磁界とにおいて、互いに平行する電磁界成分が減って直交する電磁界成分が増加する。このため、ＧＰＳアンテナ素子４と、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６との電磁界間の結合が弱くなり、不要な共振等も減ると考えられる。

このように、ＧＰＳアンテナ素子４の放射特性は、４５°回転により、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６による電磁界の影響が軽減され、アンテナ装置１０におけるＧＰＳアンテナ特性の劣化を抑えることができるので、その結果、このＧＰＳアンテナ特性のアンテナ利得を向上することができる。

次に、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、傾斜板２及び傾斜板３の導体壁２１、３１の高さｈｂ、ｈｃをともにＧＰＳアンテナ素子４の高さｈａ（４ｍｍ）に対して、２ｍｍ低く、同じ高さ、２ｍｍ高くした各場合のＧＰＳアンテナ素子４による受信電力比Ｐを示す。ここでは、ＧＰＳアンテナ素子４は、前記図７（ｂ）と同様に４５°回転された状態にあり、ＧＰＳアンテナ素子４と導体壁２１、３１との間隔ｔ１、ｔ２（図２参照）は、１ｍｍ以内として、それらを互いに接近させている。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、それぞれの受信電力比Ｐは、φ＝０°において、ｈｂ＝ｈｃ＝２ｍｍ（ｈａ＝４ｍｍ）のとき−４２ｄＢ、ｈｂ＝ｈｃ＝ｈａ＝４ｍｍのとき−４１ｄＢ、ｈｂ＝ｈｃ＝６ｍｍ（ｈａ＝４ｍｍ）のとき−４７ｄＢとなり、ｈｂ＝ｈｃ＝ｈａのときが一番高くなる。これは、ＧＰＳアンテナ素子４に接近して導体壁２１、３１を設けたことにより、ＧＰＳアンテナ素子４から外に逃げる電波をこれら導体壁２１、３１で反射させてＧＰＳアンテナ素子４内に再入力させることができるので、ＧＰＳアンテナ特性の受信レベルを上げることができることによる。そして、導体壁２１、３１の高さｈｂ、ｈｃが２ｍｍのようにＧＰＳアンテナ素子４の厚み４ｍｍより低い場合は、反射量が少なくなって受信レベルが上がらず、逆に、６ｍｍのようにＧＰＳアンテナ素子４の厚み４ｍｍより高い場合は、ＧＰＳアンテナ素子４に直接入射する電波が大きく遮られることにより受信電力が低下するものと考えられる。一方、傾斜板２、３の導体壁の高さｈｂ、ｈｃをアンテナの厚みｈａと略同等にするｈｂ＝ｈｃ＝ｈａの場合では、直接の入射電波の受け入れと導体壁２１、３１による反射電波の再受け入れのバランスが最適の状態となり、アンテナ装置１０におけるＧＰＳアンテナ特性の利得を向上させ、受信電波の感度を高めることができる。

上述した実施形態に係るアンテナ装置１０によれば、ＧＰＳアンテナ素子４を実装した基板１の隣接する２つの側辺の各々に沿って傾斜して設けられた２つの傾斜板２、３上に、ＥＴＣアンテナ素子４及びＶＩＣＳアンテナ素子５をそれぞれ実装し、このＶＩＣＳアンテナ素子５を基板１の反時計回りに配設すると共に、ＥＴＣアンテナ素子５及びＶＩＣＳアンテナ素子６を基板１に接近させて構成することにより、アンテナ装置１０におけるＥＴＣアンテナ特性及びＶＩＣＳアンテナ特性において、指向方向をＥＴＣ及びＶＩＣＳの各到来電波方向にそれぞれ合わせることができる。これにより、アンテナ装置１０を小型化することができ、かつＥＴＣ及びＶＩＣＳ到来方向のアンテナ受信感度を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施形態等に限られるものでなく、さらに適宜に変更することができる。例えば、上記実施形態では、各アンテナ素子を誘電体装荷型の円偏波パッチアンテナを用いて構成したが、これらを直線偏波のアンテナ素子を用いて構成することもできる。

本発明の実施形態に係るアンテナ装置の構成図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記のアンテナ装置のそれぞれ平面図、ＶＩＣＳアンテナ素子側から及びＥＴＣアンテナ素子側から見た各側面図。 （ａ）は図２（ｂ）の紙面裏側に対応する部分断面を含む側面図、（ｂ）は図２（ｃ）の紙面裏側に対応する部分断面を含む側面図。 （ａ）、（ｂ）は上記実施形態におけるＥＴＣアンテナ素子側、ＶＩＣＳアンテナ素子側における各合成放射波を説明する図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記のアンテナ装置においてθ１＝７０、８５°、９０°におけるＥＴＣアンテナ素子の各受信特性を示す図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記のアンテナ装置においてθ２＝６０、７０°、９０°におけるＶＩＣＳアンテナ素子の各受信特性を示す図。 （ａ）、（ｂ）上記アンテナ装置のＥＴＣアンテナ素子を回転しない場合と、４５°回転した場合のＧＰＳアンテナ素子の各受信特性を示す図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記のアンテナ装置における導体壁ｈｂ＝ｈｃ＝２ｍｍ、ｈｂ＝ｈｃ＝４ｍｍ、及びｈｂ＝ｈｃ＝６ｍｍの場合のＧＰＳアンテナ素子の各受信特性を示す図。

符号の説明

１ 基板（平面基板）
２ 傾斜板
３ 傾斜板
４ ＧＰＳアンテナ素子
５ ＥＴＣアンテナ素子
６ ＶＩＣＳアンテナ素子
１０ アンテナ装置
２１ 導体壁
３１ 導体壁

Claims (6)

1. 互いに周波数特性が異なるＧＰＳアンテナ素子、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子を有する複数のアンテナ素子を備えた車両用のアンテナ装置において、
   前記ＧＰＳアンテナ素子を実装する矩形の平面基板と、
   前記平面基板の隣接する２つの側辺の各々に沿って、この平面基板に対して傾斜して設けられた２つの傾斜板と、を有し、
   前記２つの傾斜板上に前記ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子をそれぞれ実装し、
   前記３つのアンテナ素子の指向方向が互いに異なるように構成したことを特徴とする車両用のアンテナ装置。
2. 前記ＧＰＳアンテナ素子、ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子は、誘電体素子に放射電極を設けたパッチアンテナ構造を有し、
   前記ＶＩＣＳアンテナ素子は、前記ＥＴＣアンテナ素子に対して前記平面基板の回りに反時計方向に回転した位置に配設され、
   前記各アンテナ素子の実装される前記平面基板及び傾斜板の表面に前記各アンテナ素子のグランド電極となる導電体を備え、
   前記各傾斜板の導電体と前記平面基板の導電体とを電気的に接続し、
   前記各アンテナ素子による対象周波数電波の送受信時に前記ＥＴＣアンテナ素子及びＶＩＣＳアンテナ素子とこれらのグランド電極に流れる電流により発生する主放射波と、前記電流に対応して前記平面基板の導電体に流れる電流により発生する副次放射波とが形成されると共に、前記主放射波と副次放射波との電磁波合成による合成放射波が形成されるように構成され、
   前記ＥＴＣアンテナ素子及び前記ＶＩＣＳアンテナ素子を前記平面基板に近接して配設することにより、前記主放射波と前記合成放射波の各放射方向を前記平面基板の略中心を通る中心軸に対して互いに反対方向になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記平面基板の前記傾斜板が装着された側辺の各々において該平面基板の裏面と直交する面に対して、それぞれ前記ＥＴＣアンテナ素子の傾斜板の傾斜角を８０°〜９０°とし、前記ＶＩＣＳアンテナ素子の傾斜板の傾斜角を７０°〜８０°としたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記各アンテナ素子は正面視が略矩形の平面板形状であって、少なくとも前記ＧＰＳアンテナ素子は、このＧＰＳアンテナ素子の正面視の対角線が前記平面基板の車両進行方向に沿う側辺に対して略平行になるように配置されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記ＧＰＳアンテナ素子の周辺に導体壁を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記ＧＰＳアンテナ素子の厚みと前記導体壁の高さを略同一としたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。